CN116488358A - 无线输电系统的移相控制方法、装置及无线电器设备 - Google Patents

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CN116488358A CN202210044743.3A CN202210044743A CN116488358A CN 116488358 A CN116488358 A CN 116488358A CN 202210044743 A CN202210044743 A CN 202210044743A CN 116488358 A CN116488358 A CN 116488358A
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Abstract

本发明公开了一种无线输电系统的移相控制方法、装置及无线电器设备，无线输电系统包括无线发射模块以及无线接收模块，无线发射模块包括全桥逆变电路，无线接收模块与负载连接，所述方法包括：基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率；确定无线输电系统的负载状态；在负载状态为重载状态时，将无线输电系统的工作频率调整为第一工作频率并进行移相控制，以及在负载状态为轻载状态时，将无线输电系统的工作频率调整为第二工作频率并进行移相控制，以使全桥逆变电路的开关器件进行软开关。上述方案由于实现了开关器件的软开关，有效降低了无线输电系统的损耗。

Description

无线输电系统的移相控制方法、装置及无线电器设备
技术领域
本发明属于无线输电领域，尤其涉及一种无线输电系统的移相控制方法、装置及无线电器设备。
背景技术
无线输电系统，通常被划分为发射侧和接收侧，发射侧用于向外无线发射电能，接收侧用于接收发射侧无线发射的电能以对用电设备进行供电。相关技术中，为了使无线输电系统能够输出稳定的电压，通常采用移相控制对无线输电系统进行调压。移相控制是一种定频控制，通过调节无线输电系统中逆变电路输出的方波电压占比来实现对输出电压的调节。
但是，在采用移相控制时，会导致逆变电路中的开关器件无法实现软开关，从而导致损耗增加。
发明内容
本发明旨在至少能够在一定程度上解决相关技术中对无线输电系统进行移相控制时，逆变电路的开关器件无法实现软开关，导致损耗增加的技术问题，提供了一种无线输电系统的移相控制方法、装置及无线电器设备。
第一方面，本发明实施例提供一种无线输电系统的移相控制方法，所述无线输电系统包括用于无线传输电能的无线发射模块，以及用于无线接收电能的无线接收模块，所述无线发射模块包括全桥逆变电路，所述无线接收模块与负载连接，所述方法包括：
基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率，其中，输入感抗曲线用于表征所述无线输电系统的工作频率与输入感抗值之间的对应关系，N为正整数；
确定所述无线输电系统的负载状态；
在所述负载状态为重载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第一工作频率并进行移相控制，以及在所述负载状态为轻载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第二工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关。
在一些实施方式下，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率，包括：
从所述N条输入感抗曲线中，筛选出与目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线；
确定所述目标输入感抗曲线在预设工作频率范围内的感抗极大值，并将所述感抗极大值对应的工作频率作为所述第一工作频率。
在一些实施方式下，所述从所述N条输入感抗曲线中，筛选出与目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线之前，所述方法还包括：
针对每条输入感抗曲线，确定每条输入感抗曲线在所述预设工作频率范围内的感抗极大值，共获得N个感抗极大值；
从所述N个感抗极大值中确定出M个感抗极大值，其中，所述M个感抗极大值均能够控制所述开关器件进行软开关，M为正整数；
基于所述M个感抗极大值对应的输入感抗曲线的负载阻值，将负载阻值最大的输入感抗曲线作为所述目标输入感抗曲线。
在一些实施方式下，所述方法还包括：
确定所述无线输电系统的谐振频率；
基于所述谐振频率，确定所述预设工作频率，其中，所述预设工作频率的上限小于所述谐振频率。
在一些实施方式下，确定出使所述无线输电系统呈感性的第二工作频率，包括：
从所述N条输入感抗曲线对应的N个负载阻值中，确定出最大负载阻值；
对所述无线输电系统在所述最大负载阻值下的工作频率进行仿真，得到能够控制所述开关器件执行软开关的最小工作频率，并将所述最小工作频率作为所述第二工作频率。
在一些实施方式下，所述第二工作频率大于所述无线输电系统的谐振频率。
在一些实施方式下，所述确定所述无线输电系统的负载状态，包括：
确定所述负载为所述目标负载阻值时的目标输出电流，以及所述无线输电系统的实际输出电流；
在所述实际输出电流大于所述目标输出电流时，所述负载状态为重载状态；
在所述实际输出电流小于所述目标输出电流时，所述负载状态为轻载状态。
在一些实施方式下，在所述确定所述无线输电系统的负载状态之前，所述方法还包括：
所述无线输电系统在所述第一工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第一移相角；以及
所述无线输电系统在所述第二工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第二移相角。
所述确定所述无线输电系统的负载状态，包括：
所述无线输电系统在目标工作频率以及当前负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第三移相角，其中，其中，所述目标工作频率为所述第一工作频率或所述第二工作频率；
基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述第三移相角以及所述目标工作频率，确定所述负载状态。
在一些实施方式下，所述基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述第三移相角以及所述目标工作频率，确定所述负载状态，包括：
在所述目标工作频率为所述第一工作频率时，若所述第三移相角大于所述第一移相角，则所述负载状态为轻载状态；
在所述目标工作频率为所述第二工作频率时，若所述第三移相角小于所述第二移相角，则所述负载状态为重载状态。
第二方面，本发明实施例提供了一种无线输电系统的移相控制装置，所述无线输电系统包括用于无线传输电能的无线发射模块，以及用于无线接收电能的无线接收模块，所述无线发射模块包括全桥逆变电路，所述无线接收模块与负载连接，所述装置包括：
频率确定模块，用于基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率，其中，输入感抗曲线用于表征所述无线输电系统的工作频率与输入感抗之间的对应关系，N为正整数；
负载状态确定模块，用于确定所述无线输电系统的负载状态；
调整模块，用于在所述负载状态为重载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第一工作频率并进行移相控制；以及在所述负载状态为轻载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第二工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关。
第三方面，本发明实施例提供了一种无线电器设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面任一实施方式所述的方法。
在一些实施方式下，所述无线电器设备为无线空调机组。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少实现了如下技术效果或者优点：
本说明书实施例提供的无线输电系统的移相控制方法中，无线输电系统包括用于无线传输电能的无线发射模块，以及用于无线接收电能的无线接收模块，无线发射模块包括全桥逆变电路，无线接收模块与负载连接。在对无线输电系统进行移相控制时，基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率，其中，输入感抗曲线用于表征无线输电系统的工作频率与输入感抗值之间的对应关系；确定无线输电系统的负载状态；在负载状态为重载状态时，将无线输电系统的工作频率调整为第一工作频率并进行移相控制，以及在负载状态为轻载时，将无线输电系统的工作频率调整为第二工作频率并进行移相控制。上述方案中，在重载状态下采用第一工作频率运行，在轻载状态下采用第二工作频率运行，由于第一工作频率以及第二工作频率均使无线输电系统呈感性，且呈感性的电路中，电压会超前电流动作，那么对于全桥逆变电路的开关器件来说，在开关器件开通之前，开关器件两端的电压会先下降到零，使开关器件两端的电压和电流变化不存在交叉时间，从而降低了开关器件的损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中一种无线输电系统的移相控制方法的流程图；
图2示出了本发明实施例中一种无线输电系统的电路结构示意图；
图3示出了本发明实施例中N个负载阻值对应的N条输入感抗曲线的示意图；
图4示出了本发明实施例中采用第一种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在重载状态下的输出电流示意图；
图5示出了本发明实施例中与图4对应的开关器件的电压波形图；
图6示出了本发明实施例中采用第一种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在轻载状态下的输出电流示意图；
图7示出了本发明实施例中与图6对应的开关器件的电压波形图；
图8示出了本发明实施例中采用第二种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在重载状态下的开关器件的电压波形图；
图9示出了本发明实施例中与图8对应的全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角示意图；
图10示出了本发明实施例中采用第二种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在轻载状态下的开关器件的电压波形图；
图11示出了本发明实施例中与图10对应的全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角示意图；
图12示出了本发明实施例中一种无线输电系统的移相控制装置的示意图；
图13示出了本发明实施例中一种无线电器设备的示意图。
具体实施方式
鉴于相关技术中对无线输电系统进行移相控制时，逆变电路的开关器件无法实现软开关，从而导致损耗增加的技术问题，本说明书实施例提供了一种无线输电系统的移相控制方法、装置及无线电器设备，通过确定重载状态下的第一工作频率，以及轻载状态下的第二工作频率，使无线输电系统在轻载状态和重载状态下均呈感性，全桥逆变电路中的开关器件在开通之前电压能够下降到零，从而使开关器件两端的电压和电流变化不存在交叉时间，降低了开关器件的损耗。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面，将结合附图并参考具体实施例，对本发明实施例提供的无线输电系统的移相控制方法进行详细描述。
如图1所示，为本说明书实施例提供的一种无线输电系统的移相控制方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S101：基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率；
其中，输入感抗曲线用于表征所述无线输电系统的工作频率与输入感抗值之间的对应关系，N为正整数；
步骤S102：确定所述无线输电系统的负载状态；
步骤S103：在所述负载状态为重载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第一工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关；
步骤S104：在所述负载状态为轻载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第二工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关。
本说明书实施例提供的方法，可以应用于无线输电系统中，无线输电系统可以搭载于电器设备中，例如包含有无线输电系统的无线空调器、无线空气净化器等。
需要说明的是，无线输电系统包括无线发射模块，以及无线接收模块，其中，无线发射模块用于向外无线发射电能，无线接收模块用于接收无线发射模块发射的电能，并输出稳定的电压或电流信号。
为了便于理解，下面对无线输电系统的一种具体电路结构进行说明。如图2所示，该无线输电系统的无线发射模块可以包括直流电源、全桥逆变电路、发射端补偿电容CT、发射线圈LT、发射线圈内阻RT，其中，全桥逆变电路由4个MOS管(Q1、Q2、Q3、Q4)组成；无线输电系统的无线接收模块可以包括接收线圈LR、接收线圈内阻RR、接收端补偿电容CR、整流电路、电解电容以及负载RL，其中，整流电路可以根据实际需要进行选择，例如，整流电路为全桥整流电路。
图2中的无线输电系统，无线发射模块可以通过全桥逆变电路将直流电转换为交流电，经过发射端补偿电容CT，从发射线圈LT向外无线发射。无线接收模块可以通过接收线圈LR接收无线发射模块发射的交流电，经过接收端补偿电容CR将交流电传输至整流电路，整流电路将交流电转变为直流电，以向负载RL提供电能。
当然，无线输电系统的电路结构可以根据实际需要进行调整和变形，这里不做限定。为了便于对本说明书实施例提供的电压控制方法进行描述，下面以图2中的电路结构为例来进行说明。
步骤S101中，N个负载阻值可以是无线输电系统能够实际接入的N个负载阻值，也可以是预先设定好的N个负载阻值。例如，以无线空调器为例，无线空调器运行在除湿模式下的负载阻值和运行在制冷模式下的负载阻值可能是不同的，那么N个负载阻值可以为无线空调器在不同运行状态下接入的负载阻值。对于预先设定好的N个负载阻值，可以是随机或根据某一规则确定出的负载阻值，例如，N为7，且7个负载阻值中的最小负载阻值为2Ω，在最小负载阻值的基础上每隔2Ω确定一个负载阻值，以确定出其余的6个负载阻值。
不同的负载阻值，对应的输入感抗曲线不同，其中，输入感抗曲线用于表征无线输电系统的工作频率与输入感抗值之间的对应关系。在具体实施过程中，输入感抗值可以通过以下公式来计算：
其中，Xin为输入感抗值，ω为无线输电系统的工作频率，LT为发射线圈的自感，LR为接收线圈的自感，CT为发射端补偿电容，CR为接收端补偿电容，RR为接收线圈内阻，RL为负载阻值，M为发射线圈和接收线圈的互感。从上述公式可知，RL不同，Xin与ω之间的输入感抗曲线也不同。
如图3所示，为与N个负载阻值对应的N条输入感抗曲线的示意图，其中，N为7，负载阻值依次为2Ω、4Ω、6Ω…14Ω。图3中，纵坐标为输入阻抗的虚部，输入阻抗的虚部即对应输入感抗，横坐标为归一化频率，归一化频率等于实际工作频率除以谐振频率。
本说明书实施例中，针对不同的负载状态，需要确定对应的工作频率，其中，与重载状态对应的为第一工作频率，与轻载状态对应的为第二工作频率。无线输电系统的工作频率可以为全桥逆变电路中开关器件的开关频率，通过控制开关器件的开关频率，以调整全桥逆变电路输出的交流电频率。
需要说明的是，由输入感抗曲线可知，在不同负载阻值以及不同工作频率下，无线输电系统的输入感抗也是不同的，对于开关器件来说，如MOS管、IGBT管等，在导通时其两端电压为0，关断时其两端电压为输入电压，在开关器件由关断状态切换到导通状态时，其两端电压要从输入电压下降到0，电流则从0上升到稳态电流，若电压和电流的上升下降时间存在交叉，那么在这段交叉时间内电压和电流的乘积则不为0，会存在损耗。零电压开通是指开关器件在开通之前其两端的电压已经下降到0，这样，电压电流就不会存在交叉时间，因此可以减小损耗。由此可知，要实现零电压开通，可以使电压提前电流动作，而电感的特性就是电压超前电流，电感在电路中的作用表现为感抗，所以感抗越大，电压越能超前电流工作，也就越容易实现零电压开通，即软开关。因此，为了实现开关器件的软开关，第一工作频率以及第二工作频率均能够使无线输电系统呈感性。
第一工作频率和第二工作频率的确定方式可以通过多种方式实现，例如，第一工作频率可以为输入感抗值处于第一范围内的任意感抗值所对应的工作频率，第二工作频率可以为输入感抗值处于第二范围内的任意感抗值所对应的工作频率，由于感抗值越大，越容易实现开关器件的软开关，所以第一范围以及第二范围可以为无线输电系统能够达到的较大输入感抗范围，第一范围和第二范围可以根据实际需要进行设定。
在本说明书实施例中，第一工作频率可以通过以下方式来实现：从所述N条输入感抗曲线中，筛选出与目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线；确定所述目标输入感抗曲线在预设工作频率范围内的感抗极大值，并将所述感抗极大值对应的工作频率作为所述第一工作频率。
具体来讲，目标负载阻值可以作为临界输出阻值，用来区分轻载状态与重载状态。对于重载状态来说，负载阻值较小，根据图3中的输入感抗曲线可知，对于负载阻值较小的输入感抗曲线，在小于谐振频率的区域(如图3中的①区域内)存在感抗极大值，负载阻值越小，①区域对应的感抗极大值越大，就越容易实现软开关。相反的，对于轻载状态来说，负载阻值较大，而负载阻值越大，对应的①区域内的感抗极大值越小，就越难实现软开关。在确定目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线时，可以通过①区域内的感抗极大值是否能够实现软开关来确定。
具体实施过程可以为：针对每条输入感抗曲线，确定每条输入感抗曲线在所述预设工作频率范围内的感抗极大值，共获得N个感抗极大值；从所述N个感抗极大值中确定出M个感抗极大值，其中，所述M个感抗极大值均能够控制所述开关器件进行软开关，M为正整数；基于所述M个感抗极大值对应的输入感抗曲线的负载阻值，将负载阻值最大的输入感抗曲线作为所述目标输入感抗曲线。
具体来讲，预设工作频率范围可以为谐振频率附近的频率范围，在一个实施例中，预设工作频率范围可以通过以下步骤来确定：确定所述无线输电系统的谐振频率；基于所述谐振频率，确定所述预设工作频率，其中，所述预设工作频率的上限小于所述谐振频率。例如，预设工作频率为小于谐振频率的范围，或者，对预设工作频率的下限和/或上限进行设置，例如，上限为与谐振频率相差第一阈值的工作频率，上限与下限之差为第二阈值，其中，第一阈值和第二阈值可以根据实际需要进行限定。
为了便于说明，本说明书实施例中以区域①为预设工作频率范围，区域①的确定过程可以为：确定负载阻值最小的输入感抗曲线，在小于谐振频率的范围内确定出输入感抗值为零的两个点，再将这两个点对应的工作频率分别作为预设工作频率范围的上下限。
针对每条输入感抗曲线，确定每条曲线在①区域中的感抗极大值，共获得N个感抗极大值，进一步的从N个感抗极大值中筛选出能够实现开关器件软开关的M个感抗极大值以及对应的M个工作频率。具体来讲，在无线输电系统呈感性时，开关器件能够实现软开关，因此，可以先从N个感抗极大值中筛选出大于0的感抗极大值，然后，针对筛选出的每个感抗极大值，进行开关器件的软开关仿真，确定出能够实现软开关的M个感抗极大值。在本说明书实施例中，基于M个感抗极大值对应的负载阻值，将最大的负载阻值作为所述目标负载阻值，该目标负载阻值对应的输入感抗曲线作为目标输入感抗曲线。
进一步的，在确定了目标输入感抗曲线之后，确定目标输入感抗曲线在预设工作频率范围内的感抗极大值，本说明书实施例中，从目标输入感抗曲线中确定出区域①中的感抗极大值，并将感抗极大值对应的工作频率作为第一工作频率。由于第一工作频率靠近谐振频率，因此第一工作频率能够确保无线输电系统的传输效率，另外，第一工作频率对应的感抗值较大，因此能够有效的实现开关器件的零电压开通。
本说明书实施例中，与轻载状态对应的第二工作频率可以通过以下方式实现：从所述N条输入感抗曲线对应的N个负载阻值中，确定出最大负载阻值；对所述无线输电系统在所述最大负载阻值下的工作频率进行仿真，得到能够控制所述开关器件执行软开关的最小工作频率，并将所述最小工作频率作为所述第二工作频率。
具体来讲，如上所述，轻载状态下，负载阻值较大，区域①内对应的感抗极大值也逐渐较小而不足以使逆变电路滞后臂的开关器件实现软开关。从图3中可以看出，对于负载阻值较大的输入感抗曲线，在大于谐振频率的范围内(如图3中的区域②)，随着工作频率的升高输入感抗值也逐渐增大，大的感抗值可以实现开关器件的零电压导通，因此，对于轻载状态下，可以通过提高工作频率，在大于谐振频率的频率范围内确定出第二工作频率。
本说明书实施例中，为了实现在任意负载阻值下均能够实现开关器件的零电压导通，可以选择无线输入系统能够接入的最大负载阻值来确定第二工作频率。举例来讲，无线输电系统的额定负载阻值为2Ω，最大负载阻值为10％额定负载阻值，即20Ω，则N个负载阻值中需要包括20Ω。进一步的，在最大负载阻值下对无线输电系统进行仿真，通过调节工作频率，确定出能够使开关器件实现软开关的最小工作频率，作为第二工作频率。之所以选择最小工作频率，是因为离谐振频率越远，无线输电系统的传输效率越低，因此，本说明书实施例中在兼顾了传输效率的基础上实现了开关器件的软开关。
步骤S102中，无线输电系统的负载状态可以通过多种方式来确定，下面，对其中的两种方式进行说明。
第一种实现方式的具体步骤为：确定所述负载为所述目标负载阻值时的目标输出电流，以及所述无线输电系统的实际输出电流；在所述实际输出电流大于所述目标输出电流时，所述负载状态为重载状态；在所述实际输出电流小于所述目标输出电流时，所述负载状态为轻载状态。
具体来讲，由于目标负载阻值为临界输出阻值，可以利用目标负载阻值下的目标输出电流区分重载状态和轻载状态。在具体实施过程中，目标输出电流的计算方式可以为：无线输电系统的目标输出电压/目标负载阻值。其中，无线接收模块的目标输出电压可以为期望的输出电压，目标输出电压可以根据实际需要进行调整和设置，这里不做限定。
在实际情况下，无线输电系统在当前负载阻值下运行时，获取当前负载阻值对应的实际输出电流，若实际输出电流大于目标输出电流时，确定负载状态为重载状态，若实际输出电流小于目标电流时，确定负载状态为轻载状态。
第二种实现方式的具体步骤为：所述无线输电系统在所述第一工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第一移相角；以及所述无线输电系统在所述第二工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第二移相角。所述确定所述无线输电系统的负载状态，包括：所述无线输电系统在目标工作频率以及当前负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第三移相角，其中，其中，所述目标工作频率为所述第一工作频率或所述第二工作频率；基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述第三移相角以及所述目标工作频率，确定所述负载状态。
具体来讲，由于目标负载阻值为临界输出阻值，可以利用目标负载阻值下全桥逆变电路的移相角来区分重载状态和轻载状态。在具体实施过程中，可以对目标负载阻值下的无线输电系统进行仿真，例如，先将目标负载阻值下的无线输电系统的工作频率设定为第一工作频率，然后调整全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角，将稳定输出目标输出电压时的移相角作为第一移相角。进一步的，将工作频率设定为第二工作频率，然后调整全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角，将稳定输出目标输出电压时的移相角作为第二移相角。其中，以图2中的电路结构为例，全桥逆变电路中的超前臂为Q1和Q2，滞后臂为Q3和Q4，全桥逆变电路中的滞后臂相对于超前臂的移相角可以为Q4滞后Q1导通的角度。
在实际情况下，无线输电系统在当前负载阻值下运行时，可以将无线输电系统的工作频率设定为第一工作频率或第二工作频率，并调节调整全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角，将稳定输出目标输出电压时的移相角作为第三移相角。
进一步的，通过第一移相角、第二移相角、第三移相角以及目标工作频率，确定负载状态可以通过以下方式实现：在所述目标工作频率为所述第一工作频率时，若所述第三移相角大于所述第一移相角，则所述负载状态为轻载状态；在所述目标工作频率为所述第二工作频率时，若所述第三移相角小于所述第二移相角，则所述负载状态为重载状态。
具体来讲，在当前负载阻值下，无线输电系统工作在第一工作频率时，确定稳定输出目标输出电压时的第三移相角，并将第三移相角与第一移相角进行比对，若第三移相角大于第一移相角，则负载状态为轻载状态。在当前负载阻值下，无线输电系统工作在第二工作频率时，确定稳定输出目标输出电压时的第三移相角，并将第三移相角与第二移相角进行比对，若第三移相角小于第二移相角，则负载状态为重载状态。
在重载状态时，通过步骤S103将无线输电系统的工作频率调整为第一工作频率，并进行移相控制。在轻载状态时，通过步骤S104将无线输电系统的工作频率调整为第二工作频率，并进行移相控制。
在具体实施过程中，移相控制可以通过以下步骤来实现：获取无线接收模块的实际输出电压以及目标输出电压；对所述电压差进行比例积分控制，得到目标移相角，并将全桥逆变电路的移相角调整为目标移相角。
具体来讲，可以通过比例积分控制电路来实现对电压差的比例积分控制，比例积分控制电路可以设置在接收端，也可以设置在发射端，以比例积分控制电路设置在发射端为例，比例积分控制电路可以设置在无线发射模块内，也可以作为独立的电路单独设置。在具体实施过程中，实际输出电压高于目标输出电压时，通过PI控制(ProportionalIntegral Control，比例积分控制)将电压差进行正向累积，并与当前移相角相加得到新的移相角，即目标移相角。在实际输出电压低于目标输出电压时，通过PI控制将电压差进行反向累积，并在当前移相角的基础上减去累积量得到新的移相角，即目标移相角。进一步的，将全桥逆变电路中滞后臂相对于超前臂的移相角设置为目标移相角，以将实际输出电压稳定在目标输出电压附近。
为了对本说明书实施例提供的控制方法进行更好的说明，以下面的系统参数为例对无线输电系统的运行进行仿真，其中，直流电源的输入电压Uin＝311V、发射线圈与接收线圈之间的互感M＝21uH、发射端补偿电容CT＝31.349nF、发射线圈自感LT＝60uH、接收线圈自感LR＝60uH、发射线圈内阻RT＝0.05Ω、接收端补偿电容CT＝31.349nF、接收线圈内阻RR＝0.05Ω，无线输电系统的谐振频率为116kHz。
在采用第一种实现方式确定负载状态时，目标负载阻值为4Ω，目标输出电压为34V，对应的目标输出电流为8.5A，第一工作频率为110kHz，第二工作频率为170kHz。
如图4所示，为采用第一种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在重载状态下的输出电流示意图，图5为与图4对应的开关器件的电压波形图。其中，重载状态所对应的负载阻值为额定负载阻值(2Ω)，图4中，输出电流IO为17A，大于8.5A，将工作频率为第一工作频率，即110kHz，如图5所示，VDS为滞后臂开关器件的源漏极电压的波形图，VGS为滞后臂开关器件的驱动电压的波形图，由图5可知，在VGS由低电平变为高电平之前，VDS已经下降到0，实现了滞后臂的零电压开通。
如图6所示，为采用第一种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在轻载状态下的输出电流示意图，图7为与图6对应的开关器件的电压波形图。其中，轻载状态所对应的负载阻值为10％额定负载阻值(20Ω)，图6中，输出电流为1.7A，小于8.5A，将工作频率为第二工作频率，即170kHz，如图7所示，VDS为滞后臂开关器件的源漏极电压的波形图，VGS为滞后臂开关器件的驱动电压的波形图，由图7可知，在VGS由低电平变为高电平之前，VDS已经下降到0，实现了滞后臂的零电压开通。
在采用第二种实现方式确定负载状态时，目标负载阻值为4Ω，第一移相角和第二移相角分别为120°和10°，第一工作频率为110kHz，第二工作频率为170kHz。
如图8所示，为采用第二种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在重载状态下的开关器件的电压波形图，如图9所示，为与图8对应的全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角示意图。其中，重载状态所对应的负载阻值为额定负载阻值(2Ω)，图9中，VGS1为超前臂开关器件的驱动电压波形图，VGS4为滞后臂开关器件的驱动电压波形图，滞后臂与超前臂之间的移相角为50°，小于第一移相角，无线输电系统的工作频率为第一工作频率，即110kHz，如图8所示，VDS为滞后臂开关器件的源漏极电压的波形图，VGS为滞后臂开关器件的驱动电压的波形图，由图8可知，在VGS由低电平变为高电平之前，VDS已经下降到0，实现了滞后臂的零电压开通。
如图10所示，为采用第二种实现方式确定负载状态时，无线输电系统在轻载状态下的开关器件的电压波形图，如图11所示，为与图10对应的全桥逆变电路中滞后臂与超前臂之间的移相角示意图。其中，轻载状态所对应的负载阻值为10％额定负载阻值(20Ω)，图11中，VGS1为超前臂开关器件的驱动电压波形图，VGS4为滞后臂开关器件的驱动电压波形图，滞后臂与超前臂之间的移相角为150°，大于第二移相角，无线输电系统的工作频率为第二工作频率，即170kHz，如图10所示，VDS为滞后臂开关器件的源漏极电压的波形图，VGS为滞后臂开关器件的驱动电压的波形图，由图10可知，在VGS由低电平变为高电平之前，VDS已经下降到0，实现了滞后臂的零电压开通。
综上所述，本说明书实施例中的方案，在轻载和重载状态下，均选取能够实现开关器件软开关的工作频率，且工作频率均靠近谐振频率，在实现了降低开关器件损耗的同时，兼顾了无线输电系统的传输效率。
基于同一发明构思，本说明书实施例提供了一种无线输电系统的移相控制装置，所述无线输电系统包括用于无线传输电能的无线发射模块，以及用于无线接收电能的无线接收模块，所述无线发射模块包括全桥逆变电路，所述无线接收模块与负载连接，如图12所示，该装置包括：
频率确定模块1201，用于基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率，其中，输入感抗曲线用于表征所述无线输电系统的工作频率与输入感抗之间的对应关系，N为正整数；
负载状态确定模块1202，用于确定所述无线输电系统的负载状态；
调整模块1203，用于在所述负载状态为重载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第一工作频率并进行移相控制；以及在所述负载状态为轻载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第二工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关。
在一些实施方式下，频率确定模块1201，用于：
从所述N条输入感抗曲线中，筛选出与目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线；
确定所述目标输入感抗曲线在预设工作频率范围内的感抗极大值，并将所述感抗极大值对应的工作频率作为所述第一工作频率。
在一些实施方式下，所述装置还包括：
第一感抗确定模块，用于针对每条输入感抗曲线，确定每条输入感抗曲线在所述预设工作频率范围内的感抗极大值，共获得N个感抗极大值；
第二感抗确定模块，用于从所述N个感抗极大值中确定出M个感抗极大值，其中，所述M个感抗极大值均能够控制所述开关器件进行软开关，M为正整数；
曲线确定模块，用于基于所述M个感抗极大值对应的输入感抗曲线的负载阻值，将负载阻值最大的输入感抗曲线作为所述目标输入感抗曲线。
在一些实施方式下，所述装置还包括：
谐振频率计算模块，用于确定所述无线输电系统的谐振频率；
处理模块，用于基于所述谐振频率，确定所述预设工作频率，其中，所述预设工作频率的上限小于所述谐振频率。
在一些实施方式下，频率确定模块1201，用于：
从所述N条输入感抗曲线对应的N个负载阻值中，确定出最大负载阻值；
对所述无线输电系统在所述最大负载阻值下的工作频率进行仿真，得到能够控制所述开关器件执行软开关的最小工作频率，并将所述最小工作频率作为所述第二工作频率。
在一些实施方式下，所述第二工作频率大于所述无线输电系统的谐振频率。
在一些实施方式下，负载状态确定模块1202，用于：
确定所述负载为所述目标负载阻值时的目标输出电流，以及所述无线输电系统的实际输出电流；
在所述实际输出电流大于所述目标输出电流时，所述负载状态为重载状态；
在所述实际输出电流小于所述目标输出电流时，所述负载状态为轻载状态。
在一些实施方式下，所述装置还包括：
第一移相角确定模块，用于所述无线输电系统在所述第一工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第一移相角；以及
第二移相角确定模块，用于所述无线输电系统在所述第二工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第二移相角。
负载状态确定模块1202，用于：
所述无线输电系统在目标工作频率以及当前负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第三移相角，其中，其中，所述目标工作频率为所述第一工作频率或所述第二工作频率；
基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述第三移相角以及所述目标工作频率，确定所述负载状态。
在一些实施方式下，负载状态确定模块1202，用于：
在所述目标工作频率为所述第一工作频率时，若所述第三移相角大于所述第一移相角，则所述负载状态为轻载状态；
在所述目标工作频率为所述第二工作频率时，若所述第三移相角小于所述第二移相角，则所述负载状态为重载状态。
关于上述装置，其中各个模块的具体功能已经在本说明书实施例提供的无线输电系统的移相控制方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本发明实施例提供一种无线电器设备，如图13所示，包括存储器1304、处理器1302及存储在存储器1304上并可在处理器1302上运行的计算机程序，处理器1302执行所述程序时实现前述的无线输电系统的移相控制方法。该电器设备可以为无线空调机组，或其他搭载有无线输电系统的设备。
其中，在图13中，总线架构(用总线1300来代表)，总线1300可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线1300将包括由处理器1302代表的一个或多个处理器和存储器1304代表的存储器的各种电路链接在一起。总线1300还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口13013在总线1300和接收器1301和发送器1303之间提供接口。接收器1301和发送器1303可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器1302负责管理总线1300和通常的处理，而存储器1304可以被用于存储处理器1302在执行操作时所使用的数据。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种无线输电系统的移相控制方法，其特征在于，所述无线输电系统包括用于无线传输电能的无线发射模块，以及用于无线接收电能的无线接收模块，所述无线发射模块包括全桥逆变电路，所述无线接收模块与负载连接，所述方法包括：
基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率，其中，输入感抗曲线用于表征所述无线输电系统的工作频率与输入感抗值之间的对应关系，N为正整数；
确定所述无线输电系统的负载状态；
在所述负载状态为重载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第一工作频率并进行移相控制，以及在所述负载状态为轻载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第二工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率，包括：
从所述N条输入感抗曲线中，筛选出与目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线；
确定所述目标输入感抗曲线在预设工作频率范围内的感抗极大值，并将所述感抗极大值对应的工作频率作为所述第一工作频率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述N条输入感抗曲线中，筛选出与目标负载阻值对应的目标输入感抗曲线之前，所述方法还包括：
针对每条输入感抗曲线，确定每条输入感抗曲线在所述预设工作频率范围内的感抗极大值，共获得N个感抗极大值；
从所述N个感抗极大值中确定出M个感抗极大值，其中，所述M个感抗极大值均能够控制所述开关器件进行软开关，M为正整数；
基于所述M个感抗极大值对应的输入感抗曲线的负载阻值，将负载阻值最大的输入感抗曲线作为所述目标输入感抗曲线。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述无线输电系统的谐振频率；
基于所述谐振频率，确定所述预设工作频率，其中，所述预设工作频率的上限小于所述谐振频率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定出使所述无线输电系统呈感性的第二工作频率，包括：
从所述N条输入感抗曲线对应的N个负载阻值中，确定出最大负载阻值；
对所述无线输电系统在所述最大负载阻值下的工作频率进行仿真，得到能够控制所述开关器件执行软开关的最小工作频率，并将所述最小工作频率作为所述第二工作频率。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二工作频率大于所述无线输电系统的谐振频率。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述无线输电系统的负载状态，包括：
确定所述负载为所述目标负载阻值时的目标输出电流，以及所述无线输电系统的实际输出电流；
在所述实际输出电流大于所述目标输出电流时，所述负载状态为重载状态；
在所述实际输出电流小于所述目标输出电流时，所述负载状态为轻载状态。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述确定所述无线输电系统的负载状态之前，所述方法还包括：
所述无线输电系统在所述第一工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第一移相角；以及
所述无线输电系统在所述第二工作频率以及所述目标负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第二移相角；
所述确定所述无线输电系统的负载状态，包括：
所述无线输电系统在目标工作频率以及当前负载阻值下输出目标输出电压时，确定所述全桥逆变电路的第三移相角，其中，其中，所述目标工作频率为所述第一工作频率或所述第二工作频率；
基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述第三移相角以及所述目标工作频率，确定所述负载状态。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一移相角、所述第二移相角、所述第三移相角以及所述目标工作频率，确定所述负载状态，包括：
在所述目标工作频率为所述第一工作频率时，若所述第三移相角大于所述第一移相角，则所述负载状态为轻载状态；
在所述目标工作频率为所述第二工作频率时，若所述第三移相角小于所述第二移相角，则所述负载状态为重载状态。
10.一种无线输电系统的移相控制装置，其特征在于，所述无线输电系统包括用于无线传输电能的无线发射模块，以及用于无线接收电能的无线接收模块，所述无线发射模块包括全桥逆变电路，所述无线接收模块与负载连接，所述装置包括：
频率确定模块，用于基于N个负载阻值下的N条输入感抗曲线，确定出使所述无线输电系统呈感性的第一工作频率以及第二工作频率，其中，输入感抗曲线用于表征所述无线输电系统的工作频率与输入感抗之间的对应关系，N为正整数；
负载状态确定模块，用于确定所述无线输电系统的负载状态；
调整模块，用于在所述负载状态为重载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第一工作频率并进行移相控制；以及在所述负载状态为轻载状态时，将所述无线输电系统的工作频率调整为所述第二工作频率并进行移相控制，以使所述全桥逆变电路的开关器件进行软开关。
11.一种无线电器设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-9中任一权利要求所述的方法。
12.如权利要求11所述的无线电器设备，其特征在于，所述无线电器设备为无线空调机组。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述方法的步骤。
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